Sorta su una chiesa consacrata nel 393 da Sant’Ambrogio, vescovo di Milano, la chiesa di S. Lorenzo fu ricostruita in stile romanico verso il 1000. Fu poi rimaneggiata dal Brunelleschi nel 1421 su commissione di Giovanni Bicci de’ Medici ed ultimata nel 1460 da Antonio Manetti. Michelangelo disegnò la facciata interna, la sagrestia e la biblioteca.
La facciata della chiesa è rimasta senza rivestimento in marmo. L'interno rappresenta un puro e rigoroso esempio dello stile rinascimentale del Brunelleschi, con le trabeazioni parallele e le arcate a tutto sesto rette da colonne corinzie e pilastri rigati. Lo stile culmina nella Sagrestia Vecchia, in fondo al braccio sinistro del transetto, con le decorazioni scultorie di Donatello. Nella navata principale ci sono anche i due pulpiti in bronzo sempre di Donatello, esempi di grande virtuosismo e di forte drammaticità. Dalla navata sinistra si accede alla Biblioteca Medicea o Laurenziana, fondata da Cosimo il Vecchio e ingrandita da Lorenzo il Magnifico. Vi si accede attraverso lo straordinario scalone progettato da Michelangelo e portato a termine dall'Ammannati nel 1539.
Del complesso di San Lorenzo fanno parte anche le cosiddette Cappelle Medicee: la Cappella dei Principi, che contiene i monumenti funebri della famiglia Medici, e la Sagrestia Nuova, prima opera architettonica del Buonarroti, con i monumenti funebri di Giuliano e Lorenzo dei Medici (rispettivamente figlio e nipote del Magnifico). Questi monumenti sono decorati da quattro famosissime statue allegoriche: il Giorno, la Notte, il Crepuscolo e l'Aurora.
